一种基于视觉的装备姿态位置测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于视觉的装备姿态位置测量方法及系统，该系统包括：图像获取子系统、图像处理子系统和位姿解算子系统，其中图像获取子系统用于控制图像获取设备获取装备的图像；图像处理子系统用于对图像进行处理，处理过程包括特征靶标的特征投影提取、特征投影匹配和故障诊断，所述特征靶标布置在装备上，且其中部分特征靶标在同一个平面内，部分特征靶标在该平面外；位姿解算子系统用于解算装备的姿态位置。发明专利技术的方法和系统能够保证装备的姿态位置测量方法在长时间工作后的高精度，降低装备的结构复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉的装备姿态位置测量方法及系统
本专利技术涉及计算机视觉领域，尤其涉及一种基于视觉的装备姿态位置测量方法及系统。
技术介绍
许多装备在使用过程中并不是静止不动的，以雷达为例，雷达是各种武器系统与作战指挥控制系统的最重要的组成部分之一，当雷达处于跟踪状态时，天线的空间指向角将随着目标的运动而变化，因此，天线基座的姿态测量结果将决定着雷达是否能够正常工作。在装备性能试验过程中，也需要对装备的姿态和位置进行测量，传统的装备姿态位置测量方法多为机械方式，其在长时间工作之后，难以保证高精度的要求，并且在一定程度上增加了装备的结构复杂度。高精度陀螺仪是一种常用的姿态测量仪器，但是其具有价格昂贵，标定复杂等缺点，不适合用于装备性能的试验实验中。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对现有技术中的问题，提出一种基于视觉的装备姿态位置测量方法及系统，降低了机械方式测量装备的姿态位置的装备结构复杂度，并保证了长时间工作后的精度。本专利技术提供的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，包括：图像获取设备获取装备的图像；对图像进行处理，处理过程包括特征靶标的特征投影提取、特征投影匹配和故障诊断，所述特征靶标布置在装备上，且其中部分特征靶标在同一个平面内，部分特征靶标在该平面外；解算装备的姿态位置。进一步，所述特征靶标为五个，其中四个特征靶标在同一个平面内，另一个特征靶标在该平面外，且平面外的特征靶标相对于平面内的特征靶标更靠近图像获取设备。进一步，特征投影提取的具体方法包括：首先将图像进行灰度处理，然后通过设置阀值将灰度图转换成二值图像，之后进行粒子滤波，并根据设置的像素面积大小对特征靶标的投影进行识别，并提取特征靶标投影的中心坐标。进一步，特征投影匹配和故障诊断的具体方法包括：判断提取到的投影个数；若提取到的投影个数为5，则执行以下步骤：步骤11，利用方法一对平面外的特征靶标的投影进行匹配；步骤12，利用方法二对平面内的特征靶标的投影进行匹配；若提取到的投影个数为4，则执行以下步骤：步骤21，利用方法一判断平面外的特征靶标的投影是否提取失败并完成该投影的匹配；步骤22，若平面外的特征靶标的投影提取失败，则利用方法二对平面内的特征靶标的投影进行匹配；步骤23，若平面外的特征靶标的投影正常提取，则利用方法三对正常提取的平面内的特征靶标的投影进行匹配；若提取到的投影个数为3，则执行以下步骤：步骤31，利用方法一判断平面外的特征靶标的投影是否提取失败；步骤32，若平面外的特征靶标的投影提取失败，则利用方法三对正常提取的平面内的特征靶标的投影进行匹配；步骤33，若平面外的特征靶标的投影正常提取，则结束该过程；若提取到的投影个数小于3，则结束该过程。进一步，方法一为：比较提取的投影的像素面积大小，若某个投影的像素面积远大于其他投影的像素面积，则该投影为平面外的特征靶标的投影。进一步，方法二为：对平面内的特征靶标构成的4个三角形的面积大小及平面内特征靶标的投影构成4个三角形的面积大小分别进行排序，根据平面内的特征靶标构成的三角形在投影前后其面积大小排序不变的原理对平面内的特征靶标的投影进行匹配。进一步，方法三为：将上一时刻4个平面内特征靶标的投影中心坐标与当前时刻正常提取的3个平面内特征靶标的投影中心坐标分别计算相对距离，共12组数据，利用相对距离最小的3组数据完成当前时刻正常提取投影与上一时刻特征靶标投影的对应关系，完成特征靶标投影的匹配，确定故障投影对应的特征靶标序号。进一步，装备姿态位置的解算方法包括：步骤1，设置景深dn的初始值所述景深dn为特征靶标Pc,n距离成像平面的距离，其中Pc,n＝[xc,n,yc,n,zc,n]T为特征靶标在图像获取设备坐标系Oc-XcYcZc中的坐标，n＝1,2,...N，N为特征靶标的个数；步骤2，计算Pc,n，其中投影正常提取的特征靶标的Pc,n的计算方法为：Pc,nk＝dnkvn，式中，k表示当前迭代次数，其中，f为图像获取设备的焦距，xi,n,yi,n为特征靶标投影的中心在图像平面坐标系Oi-XiYi中的坐标，且Pi,n＝[xi,n,yi,n]T；投影提取故障的平面内特征靶标的Pc,n的计算方法为：式中，下标g表示投影提取故障的平面内特征靶标，下标a、b和e表示投影提取正常的平面内特征靶标；步骤3，根据Pc,n和Pt,n计算旋转矩阵R和位移矢量T，其中，Pt,n＝[xt,n,yt,n,zt,n]T为特征靶标在装备体坐标系Ot-XtYtZt中的坐标，R和T分别表示装备体坐标系相对于图像获取设备坐标系的旋转和平移，即满足Pc,n＝RPt,n+T；步骤4，计算误差其中，步骤5，对景深dn进行迭代，其中，投影正常提取的特征靶标的迭代方法为：投影提取故障的平面内特征靶标的迭代方法为：步骤6，若两次迭代误差之差小于设定的阀值则停止迭代，输出旋转矩阵R和位移矢量T，并计算当前时刻提取失败的平面内特征靶标投影的理论投影坐标。进一步，步骤3中位移矢量T的计算方法为：本专利技术的另一方面提供了一种基于视觉的装备姿态位置测量系统，其特征在于，包括：图像获取子系统，用于控制图像获取设备获取装备的图像；图像处理子系统，用于对图像进行处理，处理过程包括特征靶标的特征投影提取、特征投影匹配和故障诊断，所述特征靶标布置在装备上，且其中部分特征靶标在同一个平面内，部分特征靶标在该平面外；位姿解算子系统，用于解算装备的姿态位置。进一步，所述特征靶标为五个，其中四个特征靶标在同一个平面内，另一个特征靶标在该平面外，且平面外的特征靶标相对于平面内的特征靶标更靠近图像获取设备。进一步，图像处理子系统提取特征投影的具体方法包括：首先将图像进行灰度处理，然后通过设置阀值将灰度图转换成二值图像，之后进行粒子滤波，并根据设置的像素面积大小对特征靶标的投影进行识别，并提取特征靶标投影的中心坐标。进一步，图像处理子系统进行特征投影匹配和故障诊断的具体方法包括：判断提取到的投影个数；若提取到的投影个数为5，则执行以下步骤：步骤11，利用方法一对平面外的特征靶标的投影进行匹配；步骤12，利用方法二对平面内的特征靶标的投影进行匹配；若提取到的投影个数为4，则执行以下步骤：步骤21，利用方法一判断平面外的特征靶标的投影是否提取失败并完成该投影的匹配；步骤22，若平面外的特征靶标的投影提取失败，则利用方法二对平面内的特征靶标的投影进行匹配；步骤23，若平面外的特征靶标的投影正常提取，则利用方法三对正常提取的平面内的特征靶标的投影进行匹配；若提取到的投影个数为3，则执行以下步骤：步骤31，利用方法一判断平面外的特征靶标的投影是否提取失败；步骤32，若平面外的特征靶标的投影提取失败，则利用方法三对正常提取的平面内的特征靶标的投影进行匹配；步骤33，若平面外的特征靶标的投影正常提取，则结束该过程；若提取到的投影个数小于3，则结束该过程。进一步，方法一为：比较提取的投影的像素面积大小，若某个投影的像素面积远大于其他投影的像素面积，则该投影为平面外的特征靶标的投影。进一步，方法二为：对平面内的特征靶标构成的4个三角形的面积大小及平面内特征靶标的投影构成4个三角形的面积大小分别进行排序，根据平面内的特征靶标构成的三角形在投影前后其面积大小排序不变的原理对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，包括：控制图像获取设备获取装备的图像；对图像进行处理，处理过程包括特征靶标的特征投影提取、特征投影匹配和故障诊断，所述特征靶标布置在装备上，且其中部分特征靶标在同一个平面内，部分特征靶标在该平面外；解算装备的姿态位置。

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，包括：控制图像获取设备获取装备的图像；对图像进行处理，处理过程包括特征靶标的特征投影提取、特征投影匹配和故障诊断，所述特征靶标布置在装备上，且其中部分特征靶标在同一个平面内，部分特征靶标在该平面外；解算装备的姿态位置。2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，所述特征靶标为五个，其中四个特征靶标在同一个平面内，另一个特征靶标在该平面外，且平面外的特征靶标相对于平面内的特征靶标更靠近图像获取设备。3.根据权利要求1所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，特征投影提取的具体方法包括：首先将图像进行灰度处理，然后通过设置阀值将灰度图转换成二值图像，之后进行粒子滤波，并根据设置的像素面积大小对特征靶标的投影进行识别，并提取特征靶标投影的中心坐标。4.根据权利要求2所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，特征投影匹配和故障诊断的具体方法包括：判断提取到的投影个数；若提取到的投影个数为5，则执行以下步骤：步骤11，利用方法一对平面外的特征靶标的投影进行匹配；步骤12，利用方法二对平面内的特征靶标的投影进行匹配；若提取到的投影个数为4，则执行以下步骤：步骤21，利用方法一判断平面外的特征靶标的投影是否提取失败并完成该投影的匹配；步骤22，若平面外的特征靶标的投影提取失败，则利用方法二对平面内的特征靶标的投影进行匹配；步骤23，若平面外的特征靶标的投影正常提取，则利用方法三对正常提取的平面内的特征靶标的投影进行匹配；若提取到的投影个数为3，则执行以下步骤：步骤31，利用方法一判断平面外的特征靶标的投影是否提取失败；步骤32，若平面外的特征靶标的投影提取失败，则利用方法三对正常提取的平面内的特征靶标的投影进行匹配；步骤33，若平面外的特征靶标的投影正常提取，则结束该过程；若提取到的投影个数小于3，则结束该过程。5.根据权利要求4所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，方法一为：比较提取的投影的像素面积大小，若某个投影的像素面积远大于其他投影的像素面积，则该投影为平面外的特征靶标的投影。6.根据权利要求4所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，方法二为：对平面内的特征靶标构成的4个三角形的面积大小及平面内特征靶标的投影构成4个三角形的面积大小分别进行排序，根据平面内的特征靶标构成的三角形在投影前后其面积大小排序不变的原理对平面内的特征靶标的投影进行匹配。7.根据权利要求4所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，方法三为：将上一时刻4个平面内特征靶标的投影中心坐标与当前时刻正常提取的3个平面内特征靶标的投影中心坐标分别计算相对距离，共12组数据，利用相对距离最小的3组数据完成当前时刻正常提取投影与上一时刻特征靶标投影的对应关系，完成特征靶标投影的匹配，确定故障投影对应的特征靶标序号。8.根据权利要求4所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，装备姿态位置的解算方法包括：步骤1，设置景深dn的初始值所述景深dn为特征靶标Pc,n距离成像平面的距离，其中Pc,n＝[xc,n,yc,n,zc,n]T为特征靶标在图像获取设备坐标系Oc-XcYcZc中的坐标，n＝1,2,...N，N为特征靶标的个数；步骤2，计算Pc,n，其中投影正常提取的特征靶标的Pc,n的计算方法为：Pc,nk＝dnkvn，式中，k表示当前迭代次数，其中，f为图像获取设备的焦距，xi,n,yi,n为特征靶标投影的中心在图像平面坐标系Oi-XiYi中的坐标，且Pi,n＝[xi,n,yi,n]T；投影提取故障的平面内特征靶标的Pc,n的计算方法为：式中，下标g表示投影提取故障的平面内特征靶标，下标a、b和e表示投影提取正常的平面内特征靶标；步骤3，根据Pc,n和Pt,n计算旋转矩阵R和位移矢量T，其中，Pt,n＝[xt,n,yt,n,zt,n]T为特征靶标在装备体坐标系Ot-XtYtZt中的坐标，R和T分别表示装备体坐标系相对于图像获取设备坐标系的旋转和平移，即满足Pc,n＝RPt,n+T；步骤4，计算误差其中，步骤5，对景深dn进行迭代，其中，投影正常提取的特征靶标的迭代方法为：投影提取故障的平面内特征靶标的迭代方法为：步骤6，若两次迭代误差之差小于设定的阀值则停止迭代，输出旋转矩阵R和位移矢量T，并计算当前时刻提取失败的平面内特征靶标投影的理论投影坐标。9.根据权利要求8所述的一种基于视觉的装备姿态位置测量方法，其特征在于，步骤3中位移矢量T的计算方法为：10.一种基于视觉的装备姿态位置测量系统，其特征在于，包括：图像获取子系统，用于控制图像获取设备获取装备的图像；图像处理子系统，用于对图像进...

【专利技术属性】
技术研发人员：江春，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51